美國宇航局將向深空發射下一代太陽帆

每個人都知道太陽能在地球上是免費的，幾乎是無限的。在內太陽系運行的航天器也是如此。但在太空中，太陽能做的不僅僅是提供電能;它還發出源源不斷的太陽風。

太陽帆可以利用這種風并為航天器提供推進力。美國宇航局即將測試一種新的太陽帆設計，可以使太陽帆更加有效。

太陽壓力彌漫在整個太陽系。它隨著距離的延長而減弱，但它是存在的。它影響所有航天器，包括衛星。它極大地影響了持續時間較長的太空飛行。

一艘執行任務的航天器火星在航行過程中，由于太陽壓力，它可能被迫偏離航線數千公里。壓力也會影響航天器的方向，它們旨在應對它。

雖然這是一個障礙，但太陽壓力可以為我們帶來優勢。

一些太陽帆航天器已經發射和測試，首先是日本的伊卡洛斯2010年的航天器。伊卡洛斯證明，來自太陽的光子形式的輻射壓力可用于控制航天器。

最新的太陽帆航天器是行星學會的光帆 2，于 2019 年推出。LightSail 2 是一項成功的任務，歷時三年多。

與其他航天器相比，太陽帆航天器具有一些優勢。他們的推進系統非常輕巧，永遠不會耗盡燃料。太陽帆航天器可以比其他航天器更便宜地執行任務，并且可以持續更長時間，盡管它們有局限性。

太陽帆的概念現在被證明是可行的，但技術需要進步才能真正有效。太陽帆航天器的一個關鍵部分是它的吊桿。吊桿支撐帆材料;它們越輕越強，航天器的效率就越高。

雖然太陽帆比其他航天器輕得多，但吊桿的重量仍然是一個障礙。

美國宇航局即將推出一種新的太陽帆設計，具有更好的支撐結構。稱為先進的復合材料太陽能帆系統（ACS3），它比以前的動臂設計更硬、更輕。它由碳纖維和柔性聚合物制成。

雖然太陽帆有很多優點，但它們也有一個關鍵的缺點。它們以小包的形式推出，在開始工作之前必須展開。這項行動可能充滿困難，并給可憐的地勤人員帶來壓力，他們不得不等待和觀察是否成功。

ACS3 將與 NanoAvionics 建造的 12 單元 （12U） CubeSat 一起發射。主要目標是展示吊桿部署，但ACS3團隊也希望該任務能夠證明他們的太陽帆航天器有效。

為了改變方向，航天器調整帆的角度。如果吊桿部署成功，ACS3團隊希望與航天器進行一些機動，調整帆的角度并改變航天器的軌道。目標是建造更大的帆，可以產生更大的推力。

ACS3 動臂設計旨在克服動臂的問題：它們要么又重又薄，要么又輕又笨重。

美國宇航局的濟慈·威爾基（Keats Wilkie）說：“吊桿往往是沉重的金屬材料，或者由輕質復合材料制成，設計笨重 - 這兩種方法都不適合今天的小型航天器。Wilke是蘭利研究中心的ACS3首席研究員。

“太陽帆需要非常大、穩定、輕便的吊桿，可以緊湊地折疊起來。這種帆的吊桿是管狀的，可以壓扁并像卷尺一樣卷成一個小包裝，同時提供復合材料的所有優點，例如在溫度變化期間減少彎曲和彎曲。

ACS3 將在電子來自新西蘭火箭實驗室發射場的火箭。它將前往地球上空1000公里（600英里）的太陽同步軌道。

一旦它到達，航天器將展開它的吊桿并展開它的帆。展開帆大約需要 25 分鐘，光子收集面積為 80 平方米，約合 860 平方英尺。這比 LightSail 2 大得多，后者的帆面積為 32 平方米或約 340 平方英尺。

當它展開時，航天器上的攝像頭將觀察和監控形狀和對稱性。演習數據將用于未來的帆設計。

“七米長的可展開吊桿可以卷成適合你手的形狀，”美國宇航局艾姆斯研究中心的首席系統工程師艾倫·羅德斯說。“希望這艘航天器上驗證的新技術將激勵其他人以我們甚至沒有考慮過的方式使用它們。

ACS3是美國宇航局小型航天器技術計劃的一部分。該計劃旨在部署快速展示獨特能力的小型任務。

ACS3 系統采用獨特的復合材料和碳纖維吊桿，可支撐 2,000 平方米（約 21,500 平方英尺）的風帆。這大約是足球場面積的一半。（或者，正如我們的英國朋友錯誤地稱呼它的那樣，是一個足球場。

有了大帆，它們可以推動的任務類型就會發生變化。雖然到目前為止，太陽帆一直是小型示范模型，但該系統有可能為一些嚴肅的科學任務提供動力。

“太陽將繼續燃燒數十億年，因此我們有無限的推進力來源。與其為未來的任務發射巨大的油箱，不如使用現有的“燃料”發射更大的帆，“羅茲說。

“我們將展示一個系統，利用這種豐富的資源在探索和科學方面邁出下一步。

太陽帆航天器沒有化學或電力推進系統所具有的瞬時推力。但推力是恒定的，從未真正動搖過。

他們可以做其他航天器難以做的事情，例如占據獨特的位置，使他們能夠研究太陽。它們可以作為日冕物質拋射的早期預警系統，以及太陽風暴，這會造成危險。

新型復合材料吊臂還有其他應用。由于它們非常輕巧、堅固和緊湊，它們可以作為月球和火星棲息地的結構框架。

它們還可用于支持其他結構，如通信系統。如果系統正常工作，誰知道它還能提供哪些其他應用程序？

“這項技術激發了想象力，重新構想了航行的整個想法并將其應用于太空旅行，”美國宇航局艾姆斯太陽帆任務項目經理Rudy Aquilina說。

“展示太陽帆和輕質復合材料吊桿的能力是利用這項技術激發未來任務的下一步。

本文最初發表于今天的宇宙.閱讀原文.

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